表面活性劑課件

2.2.1概述

定義：表面活性劑是這樣一種物質(zhì)，它在加入量很少時即能大大降低溶劑（一般為水）表面張力（或液／液界面張力），改變體系界面狀態(tài)，從而產(chǎn)生潤濕或反潤濕，乳化活破乳，起泡或消泡，以及增溶等一系列作用，以達到實際應(yīng)用要求。

分子結(jié)構(gòu)特點：任何一種表面活性劑都是由非極性的、親油（疏水）的碳氫鏈部分和極性的、親水（疏油）的基團共同構(gòu)成。兩部分形成不對稱結(jié)構(gòu)。表面活性劑具有親油親水兩親性質(zhì)，因此，該分子在水溶液中相對于水介質(zhì)而采取獨特的定向排列，并形成一定的組織結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為兩種重要性質(zhì)：溶液表面的吸附與溶液內(nèi)部的膠團形成。

防銹工藝—2-2表面活性劑分類：

離子型表面活性劑：

陰離子型：脂肪酸鈉鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽、磷酸酯鹽。

陽離子型：胺鹽類及季胺鹽型。

兩性離子型：十二烷氨基丙酸鈉，甜菜堿型的烷基二甲基甜菜堿。

非離子型表面活性劑:

非離子型：聚乙二醇，烷基酚聚氧乙烯醚。

混合型表面活性劑：

2.2.2表面活性劑在溶液中的狀態(tài)

下圖說明了表面活性劑水溶液的不同濃度和各種表面活性劑的關(guān)系。表面活性隨著濃度對數(shù)變化關(guān)系上有一個突變點，這說明表面活性的變化與溶液內(nèi)部性質(zhì)的變化有密切關(guān)系，該點CMC稱為臨界膠束濃度。

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室CMC表面活性劑界面張力表面活性劑溶液濃度表面張力去污力可溶性★具有相同親水基的同系列表面活性劑，若親油基團越大，則CMC越小。

★在CMC時，溶液的表面張力基本上到達最低值。

膠束的結(jié)構(gòu)

★在一定濃度范圍的表面活性劑溶液中，膠束成球形結(jié)構(gòu)。

★隨著溶液中表面活性劑濃度增加（20%以上），膠束轉(zhuǎn)變成具有更高分子締合數(shù)的棒狀膠束，甚至六角束狀結(jié)構(gòu)

★表面活性劑濃度更大時，成為板狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)

變化趨勢：紊亂分布規(guī)整排列

液態(tài)液晶態(tài)

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防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室2.2.4親水親油平衡值（HLB值）

表面活性劑分子中親水和親油基團對油或水的綜合親和力。

（hydrophile-lipophilebalance,HLB

）HLB值即親水親油平衡值，即HLB值越大，表面活性劑的親水性越強。一般來說影響表面活性劑表面活性的有以下：

親水性（HLB值），親水基種類，親油基種類，分子結(jié)構(gòu)，分子量

根據(jù)經(jīng)驗：

表面活性劑的HLB范圍值限定在0~40

非離子表面活性劑的HLB值范圍為0～20

完全由疏水碳氫基團組成的石蠟分子的HLB值為0

完全由親水性的氧乙烯基組成的聚氧乙烯的HLB值為20

親水性表面活性劑有較高的HLB值，親油性表面活性劑有較低的HLB值

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室HLB值的理論計算法

HLB基團數(shù)（groupnumble）

表面活性劑的HLB值看成是分子中各種結(jié)構(gòu)基團貢獻的總和：

HLB=∑(親水基團HLB數(shù)）－∑（親油基團HLB值）＋7

注：表面活性劑的一些常見基團及其HLB基團數(shù)查表可得

非離子表面活性系的HLB值具有加和性

例如簡單的二組分非離子表面活性劑體系的HLB值可計算如下：

HLBa×Wa+HLBb×Wb

+Wb

注：上式不能用于混合離子型表面活性劑HLB值的計算

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室HLB值的計算方法如下：

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室2.2.3表面活性劑的基本性質(zhì)和派生性質(zhì)

表面張力：即垂直通過液體表面上任一單位長度，與液面相切的，收縮表面的力。是液體自動收縮表面的一種力。

（１）潤濕性（滲透性）

廣義上講，表面上的一種流體被另一種流體所取代的過程為潤濕。實際過程：沾濕、浸濕、鋪展。使用液滴的接觸角來描述潤濕過程。

沾濕：指液體與固體接觸，變液／氣界面和固／氣界面為固／液界面的過程。

浸濕:指固體浸入液體中的過程。

鋪展:是在以固/液界面代替固/氣界面的同時，液體表面也同時擴展。角越小，溶液的潤濕性越好。

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室力學(xué)討論:

水滴狀態(tài)改變時,力的平衡關(guān)系

γS>γLcosθ+γSL

潤濕變大

γS<γLcosθ+γSL潤濕變小

γS=γLcosθ+γSL水滴靜止,此時θ為潤濕角

則cosθ=(γS-γSL)/γL

根據(jù)cosθ=(γS-γSL)/γL討論表面活性劑的引入導(dǎo)致的結(jié)果:

∵γS=constant

又∵表面活性劑加入γL

和γSL減小,則cosθ增大

∴θ角減小

即表面活性劑降低表面張力的作用是使?jié)櫇窠亲冃?也即增強了潤濕能力。

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室（2）增溶（solubilization)：是表面活性劑在水溶液中達到CMC以后，一些水不溶性或微溶性物質(zhì)在增溶溶液中的溶解度可顯著增加，形成透明膠體溶液的作用。

例如，甲酚在水中的溶解度僅2％左右，但在肥皂溶液中，卻能增加到50％。

最大增溶濃度（maximumadditiveconcentration,MAC）當(dāng)表面活性劑用量為1g時增溶藥物達到飽和的濃度。

例如，1g十二烷基硫酸鈉可增溶0.262g黃體酮，1g吐溫80或吐溫20可分別增溶0.19g和0.25g丁香油。

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室溫度對增溶的影響

影響膠束的形成；

影響增溶質(zhì)的溶解；

影響表面活性劑的溶解度。

1）Krafft點：

對于離子型表面活性劑，例如十二烷基硫酸鈉在水中的溶解度隨溫度變化曲線AKB，如圖：十二烷基硫酸鈉在水中的溶解度與溫度關(guān)系。

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室起曇與曇點(濁點)

非離子型表面活性劑在水溶液中的溶解度隨溫度升高而下降，使溶液變濁，這種現(xiàn)象稱為起曇,此溫度為曇點（Cloudpoint），亦稱濁點。

曇點是非離子型表面活性劑的特征值。此類表面活性劑的曇點在70~100℃,但很多聚氧乙烯類非離子表面活性劑在常壓下觀察不到濁點.

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室（3）消泡性和發(fā)泡性

起泡過程中，氣-液接觸面積增大，故屬于不穩(wěn)定狀態(tài)。欲得到此狀態(tài)需要攪動的情況下適當(dāng)降低表面張力。

具有合適分子結(jié)構(gòu)的表面活性劑可降低表面張力，且保證液膜一定的強度。

消泡物理方法：攪拌，改變溫度和壓力。

消泡化學(xué)方法：

加少量碳鏈適中的醇或醚，

加另一種起泡劑，

加消泡劑

防銹工藝—2-2表面活性劑沈陽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)教研室（4）乳化性：油